Effect of TGO Growth on the Durability of MCrAlY Bond Coats in Advanced TBC Systems = 고급 TBC 시스템에서 MCrAlY 본드코트의 내구성에 미치는 TGO

국문 초록 (Abstract)

열차폐코팅（Thermal Barrier Coatings, TBCs）은 가스터빈의 고온 부품을 보호하기 위해 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 Hastelloy 니켈기 초내열합금 기판 위에 네 종류의 TBC 시스템을 제작하였다. 1~3번 시편은 단일층 204C-NS P（8YSZ） 탑코트와 서로 다른 본드코트로 구성하였으며, 본드코트는 HVOF 공정을 이용하여 Amdry 365-4（CoNiCrAlY）, Amdry 386-2.5（NiCoCrAlY）, Metco 2253A（NiCrAlYTa） 분말을 사용하여 형성하였다. 4번 시편은 APS 공정을 이용하여 내부 204C-NS P 층과 외부 206A 층으로 이루어진 이중층 탑코트 구조를 적용하였다.또한 본드코트와 탑코트 사이의 접착력을 향상시키기 위해 APS 공정으로 flash coat 층을 형성하였다. 1번과 4번 시편에는 Amdry 365를, 2번과 3번 시편에는 Amdry 386을 flash coat 재료로 사용하였다.TGO 두께 변화와 Al depletion 거동을 평가하기 위해 등온 산화 실험과 고온 수증기 노출 실험을 수행하였다. 실험 결과, 산화 시간이 증가할수록 TGO 두께는 지속적으로 증가하였으며, 본드코트 내 Al 함량은 점차 감소하였다. 특히 습윤 가스 환경에서는 산소 이동이 촉진되어 산화 거동이 더욱 가속화되었다. 실험에 사용된 시편 중에서는 Metco 2253A 본드코트를 적용한 시편이 가장 안정적인 TGO 성장 거동과 우수한 계면 안정성을 나타냈다.Metco 2253A를 적용한 시편의 우수한 산화 저항성은 본드코트 내 합금 원소의 영향과 관련된 것으로 판단된다. 이러한 합금 원소들은 보호성 알루미나 산화층의 안정성을 향상시키고 장시간 노출 시 비보호성 혼합 산화물의 형성을 억제하여 보다 안정적인 산화 거동을 유지하는 데 기여한 것으로 생각된다. 그 결과, 다른 시편에 비해 TGO 성장 속도가 완만하였으며 우수한 산화 저항성을 나타내었다.본 연구 결과, 본드코트 조성은 장시간 고온 노출 환경에서 TBC 시스템의 산화 거동 및 코팅 안정성에 중요한 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

목차 (Table of Contents)

• CONTENTS
• I. INTRODUCTION .01
• II. RESEARCH BACKGROUND .05
• 1. Overview on Gas Turbine and thermal barrier coatings .05
• 2. Anatomy of TBC .10
• 1） Substrate .11
• 2） Bond Coat and Thermally Grown Oxide Layer .13
• 3） Ceramic top Coat .16
• 3. Fabrication Process of TBC .18
• 1） Historic development of TBC .20
• 2） Air Plasma Spraying （APS） Coating Method .22
• 3） High-Velocity Oxy-Fuel （HVOF） Coating Method .25
• 4. Degradation Factors of TBC .28
• 1） High-Temperature Environment .30
• 2） Effect of Water Vapor .32
• III. EXPERIMENT .34
• 1. Microstructure of As-sprayed TBC .34
• 1） Preparation of TBC samples .34
• 2. High-temperature Oxidation Behavior .38
• 1） Isothermal Oxidation test .38
• 2） High temperature steam test .41
• IV. RESULTS AND DISCUSSION .44
• 1. Microstructural of As-sprayed TBC Samples .44
• 2. Effect of Isothermal Oxidation .49
• 3. Effect of Wet Gas Atmosphere .58
• V. CONCLUSIONS .74
• VI. REFERENCES .78
• Ⅶ. ABSTRACT IN KOREAN .90
• Ⅷ. ACKNOWLEDGMENT .93